Измерение длин и расстояний. Дальномеры
Раздел 2. Геодезические измерения и съемки
Измерение линий. Дальномеры. Нивелирование. Угловые измерения. Приборы для измерения превышений и углов.. Оптико-электронные приборы. Лазерные измерения. Спутниковые измерения. Математическая обработка результатов геодезических измерений. Геодезические съемки и средства их выполнения. Основы топографии.
Геодезические измерения
Измерение длин и расстояний. Дальномеры
Измерение – это процесс определения количественных значений с помощью технических устройств. Измерения могут быть как непосредственными, так и косвенными, как статическими, так и динамическими, как равноточными, так и неравноточными.
Расстоянием называется пространство, разделяющее два пункта. Длиной называется расстояние между двумя наиболее удаленными точками объекта. Следовательно, для каждой линии (отрезка) можно однозначно определить расстояние, выражающее его длину, в то время как для объекта определяются несколько расстояний (длин) – например длина, ширина и высота.
В инженерных сетях для измерения расстояний и длин используются оптические и электронные дальномеры, стальные ленты, а также стальные, пластиково-кордовые и лазерные рулетки.
При прямых измерениях искомое значение величины находят путем непосредственного измерения этой величины. При косвенных измерениях искомое значение величины определяют на основании известной функциональной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.
Рулетка представляет собой стальную или металлопластиковую гибкую ленту, льняную тесьму, разделенные на сантиметровые и миллиметровые деления. Рулетки имеют длину 10 – 200 м и наматываются на ось, находящуюся внутри кожаного или металлического футляра при помощи небольшой рукоятки. Метровые и дециметровые деления имеют цифровые обозначения.
Стальная 20-метровая мерная лента имеет ширину от 10 до 15 мм, а толщину – от 0,2 до 0,4мм. По всей длине ленты пробиты небольшие отверстия через каждые 10 см; каждое пятое отверстие закреплено металлической пластиной диаметром 5 мм. В конце каждого метра с обеих сторон ленты приклепаны пластинки, на которых выдавлены порядковые номера метров, отсчитываемых от обоих концов ленты.
Дальномерами называются приборы, при помощи которых определяются расстояния без непосредственного измерения их стальной лентой, рулеткой или другими мерными приборами.
Прежде чем выйти в поле и начать измерение мерной лентой или рулеткой, они должны быть проверены. Проверка мерной ленты производится путем сравнения ее длины с эталоном на особых приборах, называемых компараторами, а сам процесс сравнения носит название компарирование.
Измерение расстояний рулеткой заключается в следующем (рис.20).
Рис. 20. Измерение линий рулеткой
Один съемщик держит начало рулетки около нулевого значения на первом центре (у прибора), а второй натягивает полотно рулетки ко второму центру (сигналу) с определенным усилием (обычно 5, 10 или 20 кг). Величина силы натяжения необходима для определения поправки за провес (l). Очевидно, что при разном натяжении, стрела провеса будет различной. Отсчеты по рулетке берутся обоими съемщиками с точностью до миллиметра. Измеренной длиной в этом случае будет разность отсчетов. Для контроля все длины измеряются дважды – в прямом и обратном направлениях. Если расхождение не превышает допустимого значения, за результат принимается средняя величина, в которую вводятся поправки за провес, компарирование, температуру.
При измерении линий, длина которых превышает длину мерного инструмента линию провешивают, то есть устанавливают вешки с отметкой створа линии. Измеряются расстояния между вешками. Длина линии определяется как сумма расстояний между вешками.
При измерении длин сторон теодолитного хода стальной лентой, ее укладывают непосредственно на земле, а концы отмечают шпильками, установленными строго в створе линии. Шпильки изготавливаются из стальной проволоки длиной 40 см, диаметром 3 - 4 мм. Расстояние определяется количеством уложенных лент и домером от последней ленты до точки.
Оптические дальномеры существуют двух типов: с постоянным и переменным параллактическими углами.
Геодезические приборы технической точности (Т30, Т60, Н-3) снабжены нитяными (оптическими) дальномерами с постоянным параллактическим углом.
Устройство нитяного дальномера состоит в том, что в трубе геодезического инструмента, кроме средней горизонтальной нити, натягиваются на диафрагме или нарезаются на стекле две дополнительных горизонтальных нити, отстоящих на одинаковых расстояниях от средней горизонтальной нити сетки (рис.21). Необходимой принадлежностью дальномера является рейка с нанесенными на ней делениями одинаковой величины.
Теория дальномера с постоянным углом состоит в следующем.
На рис.21 визирная ось трубы ОС направлена на рейку MN, которую она встречает в точке С под прямым углом. Параллельные лучи аа1 и bb1, идущие в трубе от крайних нитей сетки а и b, после преломления в объективе, проходят через главный фокус объектива, образуя при пересечении постоянный угол a. Рейку МN эти лучи встречают в точках А и В.
|
|
Рис.21. Нитяный дальномер
Расстояние l на рейке между точками встречи дальномерных лучей с рейкой будет тем больше, чем дальше будет отстоять рейка от инструмента. По отрезку 1 на рейке и определяют расстояния от инструмента до точек местности, исходя из следующих соображений.
По рисунку имеем:
ab = a/b/ = p – расстояние между крайними волосками сетки нитей;
f – фокусное расстояние объектива;
d/ – расстояние от рейки до фокуса объектива.
Из подобия треугольников a/b/F и ABF напишем пропорцию
,
где l – число делений на рейке между точками А и В.
Отношение фокусного расстояния к величине p постоянно. Обозначим это значение буквой С. Чтобы получить полное расстояние d от вертикальной оси вращения прибора до рейки, нужно к величине d/ прибавить величины f и s:
d = d/ + ( f + s).
Заменим постоянную (f + s) параметром q.
После соответствующих подстановок, получим формулу для определения расстояния нитяным дальномером
d = C × l + q,
Постоянная дальномера С в приборах технической точности (Т30, Н-3) равна 100, тогда
d = 100 × l + q.
В зависимости от условий точность измерения расстояний нитяным дальномером может изменяться от 1/200 до 1/1000. Основную долю ошибок составляют погрешности отсчета по рейке, вертикальная рефракция, неодновременность отсчета по верхней и нижней нитям.
Электронные дальномеры используют световой или радиосигнал.
Источником сигнала в светодальномерах, как правило, служит газовый или полупроводниковый лазер. Они получили широкое распространение в различных видах геодезических работ. Приемник и передатчик устанавливаются в конечных точках измеряемой линии, длина которой может достигать десятков километров. Точность измерений составляет ±(0,1-10)+(0,5-2)мм/км. Результаты измерений считываются с электронного табло или записываются в электронную книжку прибора. В настоящее время применяются топографические дальномеры СТ5, 2СТ10, «Блеск», высокоточные «Топаз», «Leica» (Швейцария) и другие.
|
Рис. 22.
DISTO ProА – самый точный безотражательный лазерный дальномер (погрешность – до 1,5 мм на 100 м). Основные технические характеристики:
- алфавитно-цифровая клавиатура;
- подключения к компьютеру в режиме реального времени;
- память на 800 измерений;
- измерения с задержкой и в режиме трекинга;
- определение высоты/ширины зданий и деталей фасадов;
- определение min, max и mid значений из серии измерений;
- решение треугольника;
- функция измерения трапеции для определения площади фронтона здания, длины и угла наклона крыши;
- функция вычисления площади круга по диаметру;
- функция измерения размеров помещения для определения площади пола или потолка, общей площади поверхности стен, периметра и объема помещения.
Лазерные рулетки Impuls100 / Impuls200 используются при проведения изыскательских работ, землеустройстве, инвентаризации земель и объектов, производстве съемочных и разбивочных геодезических работ. Имеют точность измерения расстояний ±50 мм на 500 м, интерфейс и возможность определения горизонтального проложения, превышения и угла наклона линии.
Недостатком лазерных рулеток является ограниченность диапазона измеряемых расстояний.